Download pdf - Reporte Proyecto Final Ecualizador de 5 Bandas

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

Sistemas Electrónicos Lineales

Reporte Trabajo Final:

Ecualizador de 5 canales con vúmetro y amplificador – “Sonidero pa´fiestas”

Semestre 2016-1

Grupo: 2

Integrantes:

Hernández Reséndiz Christopher

Salas Ramírez Gerardo Iván

Sánchez Gamboa Jorge Alberto

Fecha de entrega: jueves 26 de noviembre de 2015

Facultad de Ingeniería Ingeniería Mecatrónica

Introducción

El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene

capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante;

tiene además límites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de

voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales

se caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor

que 105 equivalentes a 100 db. El A.O es un amplificador de alta ganancia directamente

acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que

tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra (o el punto de referencia que

se considere). El nombre de Amplificador Operacional proviene de una de las utilidades

básicas de este, como lo son realizar operaciones matemáticas en computadores analógicos

(características operativas). El Amplificador Operacional ideal se caracteriza por:

1. Resistencia de entrada,(Ri), tiende a infinito.

2. Resistencia de salida, (Rf), tiende a cero.

3. Ganancia de tensión de lazo abierto, (A), tiende a infinito

4. Ancho de banda (BW) tiende a infinito.

5. Vout = 0 cuando v+ = vYa que la resistencia de entrada, Ren, es infinita, la corriente

en cada entrada, inversora y no inversora, es cero.

Amplificador de sonido

En los amplificadores de estéreo, se utiliza un circuito monolítico de clase AB, el cual puede

llegar a proveer hasta 15W de salida con una carga de 8 Ohms, el cual es conocido como

TDA2030.

Este integrado, ofrece una alta corriente de salida y muy baja distorsión armónica. Se

alimenta con fuente dual, por esta razón, el diseño de la fuente de alimentación de este

amplificador, es un Doblador de voltaje que convierte la corriente alterna a directa, y

además como su nombre lo indica, la duplica. Esto evita el tener que conseguir un

transformador con TAP central, sólo basta con un transformador de 12 voltios a 4 amperios

sencillo, para que funcione perfectamente.


Vumetro rítmico

También se realizó la implementación de un vumetro rítmico, el cual es una configuración

de leds y comparadores de ventana, los cuales tienen un rango el cual permite encender las

luces dependiendo de los voltajes que se le suministran.

Un comparador de ventana permite saber si una señal o nivel de tensión está dentro o fuera

de un límite aceptable de voltajes previamente definido.

Con ayuda de un comparador (amplificador operacional) que controle el nivel de voltaje

superior y otro comparador que controle el nivel de voltaje inferior, se puede implementar

un comparador de ventana.

El nivel de tensión / voltaje que se desea censar (Vin) se aplica a la entrada inversora del

amplificador operacional que controla el límite superior (ver Vh) y también a la entrada no

inversora del amplificador operacional que controla el límite inferior (ver VL).

Estableciendo el voltaje límite superior y el voltaje límite inferior en los terminales Vh y Vl,

se define el rango de voltajes para el cual la salida del comparador de ventana estará activa.

De esta manera entre más alto sea el voltaje requerido en la bocina, prenderá un mayor

número de leds.

Ecualizador

Es un dispositivo que modifica el contenido en frecuencias de la señal que procesa (por

ejemplo una canción). Es decir, cambia las amplitudes de sus coeficientes de Fourier lo que

se traduce en diferentes volúmenes para cada frecuencia. De un modo doméstico

generalmente se usa para reforzar ciertas bandas de frecuencias,ya sea para compensar la

respuesta del equipo de audio (amplificador +parlantes) o para ajustar el resultado a gustos

personales.

Explicación de los sonidos que se encuentran en cada rango de frecuencias:

63 Hz Destaca los sonidos graves masivos como los de tambores,órganos, etc. Da sensación de grandiosidad

125 Hz Subiendo da sensación de plenitud. Si bajas aumenta la transparencia.


250Hz Bajando el mando disminuye posible eco.

500 HZ Aumenta la fuerza del sonido. Si se baja da la sensación de que el sonido no es completo.

1 KHZ Actúa sobre la voz del cantante. se puede dejar casi inaudible

2 kHz Estimula el oído. Puede dar sensación metálica, entonces hay que disminuirlo.

4 kHz Si está muy alto puede dar también sensación metálica y dura.

8 kHz Aumenta la brillantez de instrumentos de cuerda y viento.

16 kHz Aumenta la presencia de sonidos sutiles, como platillos,triángulos, etc.

Objetivo

Realizar un ecualizador de 5 canales utilizando amplificadores operacionales, aplicando los

conocimientos adquiridos a lo largo del curso.


Material

Amplificador de sonido de 15W

TDA2030

Potenciómetro de 50k

Resistencias 100kΩ, 22kΩ, 47kΩ, 1Ω, y 1.5kΩ

Capacitores 10uF, 4.7uF, 0.1uF, 100uF, 47uF y 0.22uF

Vocina de 4Ω

Vumetro rítmico

Leds (5 verdes, 3 amarillos y 2 rojos)

LM3914

Potenciómetro de 100kΩ

Resistencia 100kΩ

Ecualizador de 5 bandas

Amplificadores operacionales (12)

Resistencias 10kΩ, 20kΩ, 150kΩ, 39kΩ, 6.8kΩ, 4.7kΩ, 2.2kΩ, 1kΩ y 330Ω

Capacitores 100nF, 47nF y 15nF


Desarrollo y cálculos

En este apartado se muestra cómo es que el circuito realizado con amplificadores

operacionales, se probó para demostrar su buen funcionamiento, con lo que se tendría

plena confianza en el momento de la entrega.

En este proyecto se desarrolló un ecualizador de cinco bandas construyéndose por cinco

filtros pasa-banda y la configuración de realimentación múltiple o de Rauch.

Para poder diseñar un filtro se tienen que tener en consideración ciertos parámetros de

diseño como son el ancho de banda, la frecuencia central, las frecuencias de corte superior

e inferior y el factor de calidad. Para poder determinar todos estos parámetros se utilizan

las siguientes expresiones:

Donde para un filtro pasa-banda:


Si para todos los filtros hacemos que C3=C4=C lograremos que el cálculo de los resistores y

capacitores sea más sencillo.

Filtro pasa-banda 1.

C=100nF, R1=20kΩ, R2=160kΩ y R5=40kΩ

Filtro pasa-banda 2

C=47nF, R1=20kΩ, R2=7.5kΩ y R5=40kΩ

Filtro pasa-banda 3

C=47nF, R1=5kΩ, R2=2.2kΩ y R5=10kΩ

Filtro pasa-banda 4

C=10nF, R1=5kΩ, R2=2.2kΩ y R5=10kΩ


Filtro pasa-banda 5

C=15nF, R1=1kΩ, R2=330kΩ y R5=2.2kΩ

Los cálculos que se hicieron para cada uno de los componentes de los filtros pasa-banda se

realizaron de dos formas, la primera fue realizando un programa en Excel en donde se

coloque datos y arroje resultados y la segunda calculando a mano para compararlos con

los de excel.

Una vez que se diseñó cada filtro, el siguiente paso fue armar físicamente el vúmetro, el

amplificador de sonido y el ecualizador.


Para el ecualizador se tomó la configuración de la referencia que se muestra al último, a

continuación se observa la configuración para el ecualizador.

Diagrama y simulaciones

El circuito consta de tres partes


Vúmetro rítmico


Enseguida se muestran los diagramas realizados en proteus y las simulaciones

correspondientes a cada una de las partes mencionadas anteriormente.



Vúmetro rítmico



Enseguida se muestra la imagen del osciloscopio digital referido al circuito del ecualizador,

con el cual se muestran los cambios por los que pasa la salida, dependiendo de la activación

de cada filtro o en este caso, al movimiento de cada potenciómetro que permite variar la

magnitud de cada canal.


Enseguida la imagen del osciloscopio con todos los potenciómetros en cero, o sin la

activación de las bandas.

Primer potenciómetro o primera banda activada


Segundo potenciómetro o segunda banda activada

Tercer potenciómetro o tercera banda activada


Cuarto potenciómetro o quinta banda activada

Quinto potenciómetro o quinta banda activada


Los 5 potenciómetros o en este caso, la activación de las 5 bandas.

Pruebas físicas

Una vez que se realizaron los cálculos y las pruebas pertinentes de simulación, se pasó a

realizar el circuito físico. Con el cual se harían pruebas y se podría verificar el buen

funcionamiento.

Enseguida se muestran imágenes tomadas al circuito físico en operación. Al igual que las

simulaciones, se muestran cómo es que se comportan cada canal independiente y también

la activación de todos los canales.


Enseguida la imagen del primer potenciómetro activado y su respectiva imagen de salida

en el osciloscopio.


Enseguida la imagen del segundo potenciómetro activado y su respectiva imagen de salida

en el osciloscopio.


Enseguida la imagen del tercer potenciómetro activado y su respectiva imagen de salida

en el osciloscopio.


Enseguida la imagen del cuarto potenciómetro activado y su respectiva imagen de salida

en el osciloscopio.


Enseguida la imagen del quinto potenciómetro activado y su respectiva imagen de salida

en el osciloscopio.


Por último se unieron las 3 etapas en una sola para poder generar un solo proyecto, el

cual quedó de la siguiente manera.

Conclusiones

Sánchez Gamboa Jorge Alberto

De los temas de todo el curso, filtros activos y comparadores fueron los que me atrajeron

más hacia esta materia. Por lo que un proyecto final que tuviera algunos de los dos temas

mencionado y juntarlos sería interesante, por eso se hizo un vúmetro rítmico que contiene

comparadores y un ecualizador que contiene filtros activos (pasa-banda).

El diseño más complejo fue el ecualizador, ya que con la ayuda de la configuración que se

mostró, solo se tenía que diseñar cada filtro pasa-banda, y comprobar cada uno en un

osciloscopio y en Proteus para comprobar su funcionamiento.

Nuestro proyecto quedó muy bien, ya que se juntaron las 3 etapas, por lo que primero está

la entrada de audio, siguiente el ecualizador, luego el amplificador en paralelo con el

vúmetro y por último la salida con la bocina. Al principio nos falló el ecualizador, por lo que

se tardó un poco en revisar cada uno de los filtros, al final al probarlo nuevamente, funcionó

con éxito.


Hernández Reséndiz Christopher

A lo largo de la materia, se estudiaron diferentes configuraciones, la gran mayoría con la intervención de los amplificadores operacionales, aplicándolos en filtros, así como en circuitos comparadores; también aprendimos la manera en cómo modificar las propiedades de la corriente eléctrica, partiendo de un valor constante de corriente directa y con ayuda de elementos pasivos realizar una variación del voltaje a lo largo del tiempo, lo cual es el principio de funcionamiento de los generadores de señales. Sin embargo y a pesar de la gran variedad de proyectos que con ayuda de los conocimientos adquiridos pudimos desarrollar, decidimos enfocarlo a un proyecto en el cual teníamos cierto interés, pues ya contábamos con algunas bocinas que no ocupábamos, al momento de implementar el circuito se presentaron algunas complicaciones con el ecualizador, las cuales después de un detenido análisis fueron corregidos, el amplificador de audio fue de mucha ayuda, pues ya podíamos controlar la salida de las diferentes frecuencias, pero casi no se escuchaba, cabe mencionar que el dispositivo TDA2030 nos generó un poco de problemas, pues además de que se calentaba demasiado rápido fue necesario colocarle un disipador, este tipo de complicaciones nos ayudan a familiarizarnos con el equipo de trabajo, pues la práctica es bastante distinta de la teoría, finalmente, con ayuda de los comparadores y para darle atractivo visual al proyecto se implementó un vúmetro el cual en conjunto con las otras dos partes del circuito creemos se aplica de manera satisfactoria el aprendizaje a lo largo de este semestre. Salas Ramírez Gerardo Iván

En el presente proyecto se ha demostrado la capacidad del equipo en la aplicación de conocimientos adquiridos durante el curso. Tal es el caso de la aplicación de comparadores y filtros activos. Primero tenemos la etapa del amplificador, después la etapa de filtrado, y por último a la salida un vúmetro se encarga de ilustrar el nivel de potencia. Con estas tres etapas, como ya se demostró, se pudo lograr el proyecto propuesto. Primero en la etapa de potencia basados en TDA2030, logramos amplificar la entrada de audio, después en la etapa de filtrado se realizaron cálculos, para asegurar los componentes indicados para dejar pasar, mediante amplificadores de filtro activo, la banda deseada, y finalmente basados en el LM3914 se ilustro la salida en el vúmetro. La comprobación en el osciloscopio tanto en la simulación como en el físico, de cada una de las bandas utilizadas, aseguraron el comportamiento y fidelidad de nuestro circuito, lo cual no fue fácil. Sin embargo, a pesar de los contratiempos que se presentaron, el proyecto fue exitoso, como se ha demostrado en la entrega de clase. Simplemente todo esto se logró, gracias a los conocimientos adquiridos en el curso de Sistemas Electrónicos Lineales y al progreso de conocimiento adquiridos durante la carrera.

Referencias

Frederick F. Driscoll, Robert F. Coughlin

http://librosysolucionarios.net/amplificadores-operacionales-y-circuitos-integrados-lineales-4ta-edicion-frederick-f-driscoll-robert-f-coughlin/